人工降雨法在土壤濺蝕防治中的應(yīng)用

人工降雨法在土壤濺蝕防治中的應(yīng)用

1流域地表土壤條件長嶺溝位于西寧市西部沈家寨市，二級監(jiān)控線為皇水。該區(qū)屬黃土高原丘陵溝壑區(qū)第四副區(qū),海拔2294~2753m,相對高差459m。區(qū)內(nèi)山大、溝深、坡陡,山勢起伏,地形破碎,共有大小溝道4條,主溝長1.62km,溝道總長3.67km,溝壑密度3.19km/km2。坡度組成:<5°的地占7%;5°~15°的地占18%;15°~25°的地占51%;25°~35°的荒山荒坡占11%;35°以上的陡坡地占13%。成土母質(zhì)多為黃土及其殘積坡積物和第三紀(jì)紅土母質(zhì),地表物質(zhì)大部分為黃土覆蓋,經(jīng)長時間的土壤侵蝕與流失,裸露出紅土母質(zhì)。在下部溝道有石膏層和芒硝巖夾層,山勢陡峭。在黃土母質(zhì)上,土體深厚,達(dá)3m以上,土壤多為栗鈣土、灰鈣土,結(jié)構(gòu)松散。土壤理化性質(zhì)呈堿性,pH值在8~9之間,含水率6%~8%,有機質(zhì)1%~2%,土壤貧瘠干旱,結(jié)構(gòu)差,保水保肥能力差。本流域治理前山大溝深,溝壑交錯,植被稀少,母質(zhì)裸露,年蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量,土壤經(jīng)常處于干燥和松散狀態(tài),加之城郊荒山的石膏、芒硝巖的風(fēng)化和濕陷性黃土遇水極易軟化,每逢暴雨,泥石流,崩塌,陷穴瀕瀕發(fā)生,水土流失極其嚴(yán)重,侵蝕模數(shù)一般每年5000t/km2以上,部分溝道侵蝕模數(shù)達(dá)每年8000t/km2,主要以水蝕和重力侵蝕為主。所以利用人工降雨方法通過中雨滴濺蝕實驗,分析在不同雨滴直徑、不同含水率和不同坡度情況下對土壤濺蝕的影響是很有意義的。2試驗計劃和方法2.1地面下排液測量影響水土流失的因素較多,本實驗僅在人工降雨條件下,就單雨滴在不同坡度,不同雨滴直徑,不同含水率情況下對土壤濺蝕的影響進行實驗研究。雨滴自10m高的人工降雨機產(chǎn)生后落下,在摩根濺蝕杯中的土壤與杯口平齊,并保持自然緊實狀態(tài)。坡度分別設(shè)計為0°,5°,10°,15°,20°:雨滴直徑分別為0.344mm,0.358mm,0.368mm,0.378mm,0.506mm;含水率分別為3.2%,11.6%,18.5%,23.5%,26.0%;產(chǎn)生結(jié)皮的徑流深度分別控制為0.5mm,1mm,2mm,3mm,5mm。雨滴由自10m高的單雨滴發(fā)生器落入濺蝕杯中,濺蝕杯高度為5cm。當(dāng)濺蝕出的土樣自然風(fēng)干后,按半徑不同范圍用毛刷收集濺蝕出的土壤顆粒,烘干后稱重并分析。實驗場地設(shè)在西寧市長嶺溝水土保持試驗場,所用土樣均為該場風(fēng)干的表層原狀土,土樣先期混合粉碎過篩。2.2坡度對于規(guī)范段水質(zhì)下累累聚酸鹽累的影響將已測含水率,結(jié)皮厚度的結(jié)皮土放入濺蝕杯內(nèi),記錄雨滴滴數(shù),為了避免濺蝕過深,在擊濺過程中應(yīng)不斷微調(diào)濺蝕的位置,以保證雨滴一直對結(jié)皮產(chǎn)生濺蝕,等濺蝕出的土樣風(fēng)干后按不同范圍的濺蝕圈分別進行收集、烘干、稱重,對有坡度的濺蝕杯則分為上、下坡,不同范圍單獨收集,研究坡度對于上、下坡濺蝕量的影響。2.3單雨直徑測定固定針頭型號的單雨滴,直徑利用100滴稱重?fù)Q算得出,然后利用濾紙色斑直徑法濾定色斑直徑,得到雨滴直徑與色斑直徑(表1)。3數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析3.1結(jié)皮液水質(zhì)確保了4.32mm的液氯大液壓如表4雨滴直徑變化選擇0.344、0.358、0.368、0.378、0.506mm。固定因子:結(jié)皮含水率18%,坡度0°,結(jié)皮厚度3.28mm。濺蝕量從開始產(chǎn)生濺蝕起記足300滴止,每個濺蝕量均為兩個重復(fù)。所得濺蝕量數(shù)據(jù)見表2。對表2進行相關(guān)分析得r=0.97918,|r|>r0.01=0.959,達(dá)到極顯著水平,說明雨徑與濺蝕量呈正相關(guān),在同一含水率下,雨徑越大,濺蝕量越大。開始濺蝕的滴數(shù)越少,原因是雨滴增大,其對結(jié)皮的沖擊力也就越大,在滴數(shù)相同的情況下,濺蝕產(chǎn)生的土粒自然增多。3.2參數(shù)變化對三種行為的影響坡度變化選擇0°,5°,10°,15°,20°。固定因子:雨徑0.506mm,含水率21%,結(jié)皮厚度3.42mm,300滴濺蝕量(g),結(jié)果見表3。表中每一個觀測數(shù)據(jù)均為兩個觀測量的平均值,下同。對表3進行相關(guān)分析得r=0.9768,r>r0.01=0.959,達(dá)到極顯著水平。隨著坡度增大,雖然濺蝕總量變化規(guī)律不太明顯,但上下坡濺蝕量之比則隨著坡度增大而逐漸增大。表明雨滴打擊土壤,土壤顆粒分散濺起,由于存在坡度,土壤分散顆粒向下遷移,其遷移量隨著坡度的增大而增大。3.3含水率對噴播激光束規(guī)范的影響含水率變化選擇3.2%,11.6%,18.5%,23.5%,25.9%。固定因子:雨徑0.506mm,坡度0°,結(jié)皮厚度3.40mm。濺蝕量從開始產(chǎn)生濺蝕起到記足300滴止。每個濺蝕量均為6個不同范圍的總和。結(jié)果見表4。對表4中含水率和濺蝕量進行相關(guān)分析得r=0.95701,r>r0.05=0.878,達(dá)到顯著水平;對含水率和開始濺蝕滴數(shù)進行相關(guān)分析得r=-0.99404,|r|>r0.01=0.959,達(dá)到極顯著水平。說明當(dāng)含水率逐漸增大時,濺蝕發(fā)生的越早且濺蝕量越大。由于含水率與表土結(jié)皮強度之間呈負(fù)相關(guān),含水率越大,其結(jié)皮強度越小,抗濺蝕的能力減弱,因此開始產(chǎn)生濺蝕的雨滴數(shù)就越少,相應(yīng)的濺蝕量就越大。在實驗過程中測定開始產(chǎn)生濺蝕的下限含水率約為25%。只有雨滴集中打擊處,其含水率達(dá)到或超過這一值,濺蝕現(xiàn)象才得以發(fā)生。3.4結(jié)皮厚度及開始產(chǎn)生及其其事故響應(yīng)面為結(jié)皮厚度變化選擇3.20、3.29、3.38、3.84、3.87mm。固定因子:雨徑0.506mm,含水率5.2%,坡度0°。結(jié)果見表5。對表5中結(jié)皮厚度和濺蝕量進行相關(guān)分析得r=-0.92631,|r|>r0.05=0.878,達(dá)到顯著水平,結(jié)皮厚度和開始產(chǎn)生濺蝕滴數(shù)進行相關(guān)分析得r=0.94707,r>r0.05=0.878,達(dá)到顯著水平。說明濺蝕量與結(jié)皮厚度呈負(fù)相關(guān),其原因是結(jié)皮具有一定的抗濺蝕力,且結(jié)皮愈厚抗濺蝕力愈強。4坡度和雨徑對土壤(1)降雨強度是影響濺蝕量的顯著因子,雨強越大,雨滴動能隨之增加,對土壤的沖擊、剝落、濺起的能力就